高考生物二轮冲刺训练(十七)　生物技术实践2

　高考生物二轮冲刺训练( ( 十七) )

　生物技术实践 2 2

　1．随着科技的快速发展，酶已经走出了实验室，走进了人们的生产、生活。回答下列酶的研究与应用的相关问题：

　(1)生产果汁时，水果中的果胶对果汁加工带来的影响是________、________。在探究果胶酶最适温度、pH 及用量时，检测指标是____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　(2)加酶洗衣粉可以清除普通洗衣粉难以祛除的污渍，温度、pH 和________都会影响加酶洗衣粉中酶的 活 性 。

　在 探 究 不 同 类 型 加 酶 洗 衣 粉 的 洗 涤 效 果 时 ， 除 了 考 虑 洗 涤 效 果 外 ， 还 要 考 虑________________________________________(说出两点)等因素。

　(3)高果糖浆可以作为蔗糖的替代品，其优点在于不会像蔗糖一样诱发肥胖、糖尿病、龋齿和心血管疾病。高果糖浆是指富含________的糖浆，这种糖可以由葡萄糖在________酶的催化下转化而来。科研人员将这种酶固定在颗粒状载体上，然后将酶颗粒装在反应柱中催化葡萄糖的转化。与直接将酶与葡萄糖溶液混合相比，这样做的优点是________________________________(说出两项)。

　2．回答下列有关微生物工程的问题。乳糖酶能够催化乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，具有重要应用价值。乳糖酶的制备及固定化步骤如下：

　(1)表中的培养液 pH 均为 7.0，若要筛选微生物 L，则不能选择表中的________培养液。

　培养液 乳糖 乳糖酶 NaNO 3

　牛肉膏 K 2 HPO 4

　KCl MgSO 4 ·7H 2 O FeSO 4

　A 25g/L

　1g/L 0.5g/L 1g/L 0.01g/L B

　 3g/L

　1g/L 0.5g/L 1g/L 0.01g/L C 25g/L 1ug/L

　3g/L 1g/L 0.5g/L 1g/L 0.01g/L D 25g/L

　3g/L

　1g/L 0.5g/L 1g/L 0.01g/L (2)为了获得能产乳糖酶的微生物 L 的单菌落，可采用________法将初筛菌液接种在固体培养基上。

　(3)扩大培养微生物 L 时，通过增加营养物质的浓度________(填“可以”或“不可以”)提高种群密度，分析说明原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　(4)在乳糖酶提取纯化的过程中，应及时检测________。将酶固定化后，则有利于酶的________。

　(5)研究人员用筛选到产乳糖酶的高产菌株 J1 和 J4 在不同温度和 pH 条件下进行发酵，测得发酵液中酶 活 性 的 结 果 见 图 ， 推 测 菌 株 ________ 更 适 合 用 于 发 酵 ， 理 由 是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　3．请回答下列问题。

　(1)从微生物所能利用的氮源种类来看，一部分微生物是不需要利用氨基酸作为氮源的，它们能把__________________(列举两例)等简单氮源用于合成所需要的一切氨基酸，因而可称为“氨基酸自养型生物” 。

　(2)伊红美蓝培养基可用于饮用水大肠杆菌数目的测定，根据培养基上黑色菌落的数目推测大肠菌的数量。但单位体积饮用水中大肠杆菌数量相对较少，若直接将一定体积的自来水接种到培养基中，培养后可能 无 法 得 到 菌 落 或 菌 落 数 目 太 少 ， 可 通 过 “ 滤 膜 法 ” 解 决 这 个 问 题 ， 其 操 作 思 路 是 ：________________________________________。稀释涂布平板法和________________________________法是测定微生物数量更常用的两种方法。

　(3)在固定化细胞实验中， 明胶、琼脂糖、海藻酸钠等物质能作为包埋细胞载体的原因是________________________。在工业生产中，细胞的固定化是在严格________条件下进行的。

　(4)为探究一种新型碱性纤维素酶去污效能，研究小组进行了不同类型洗衣粉实验，结果如下图。加酶洗衣粉中目前常用的四类酶制剂除纤维素酶外，还有________________________________________(至少答两类)。根据表中实验结果，________(填“能”或“不能”)得出对污布类型 2 的去污力最强是因碱性纤维素酶所致， 并说明原因________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　4．咔唑(含 N 有机物)具有潜在致癌性，且结构稳定难以清除。为了获得高效降解咔唑的微生物，研究人员设计了如图所示的实验方案(①～⑦表示相应的标注操作过程)。请回答下列问题。

　(1)图示所用的 “CNFM ＋咔唑”培养基，属于________培养基。

　(2)②操作的接种采用________(实验器具)。

　(3) ④ 操 作 的 接 种 采 用 ________________ 方 法 ， 其 中 平 板 培 养 的 目 的 是________________________________________________________________________。

　(4)在相同、适应环境中进行上述“多瓶培养”操作，可以初步确定________________________________的锥形瓶中含有高效降解咔唑的微生物。

　(5) 为 鉴 定 下 图 1 平 板 中 的 微 生 物 种 类 ， 可 作 为 鉴 定 依 据 的 有________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　(6)为了将图 1 培养基中的真菌与细菌分离，新制了 PDA 培养基(含马铃薯、葡萄糖、琼脂、蒸馏水)并加入青霉素(抑制细菌细胞壁的合成)。接种时用绒布轻按图 1 培养基表面，使绒布面沾上菌落，再将绒布轻按在新制培养基表面，培养结果如图 2 所示 ① 比 较 图 1 、 2 可 知 ， 图 1 中 菌 落 ________( 填 编 号 ) 为 细 菌 ， 判 断 理 由 是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　② 图 2 中 出 现 菌 落 5 的 原 因 可 能 是

　________________________________________________________________________________(写出三种)。

　5．桃子味道酸甜，维生素 C 含量丰富，以桃果实为原料，制成的果汁及经发酵制成的果酒维生素 C含量较高。请回答下列问题：

　(1)制作果汁时常加入果胶酶，因为果胶酶能将果胶分解成可溶性的________，从而提高果汁的出汁率和澄清度。由于溶液中的酶很难回收，为了降低成本，使果胶酶能被再次利用，一般采用物理吸附法或________ 将 其 固 定 ， 固 定 化 酶 一 般 不 采 用 包 埋 法 ， 原 因 是________________________________________________________________________。

　(2)分离产果胶酶的微生物时，可从富含有机质的土壤中取样，将土壤滤液加入含有果胶的液体培养基中进行选择培养，选择培养的目的是________________________。通过酶解法和吸水涨破法制得果胶酶粗提取液，为进一步纯化分离果胶酶，可将样品加入________中进行洗脱、收集，最先洗脱出来的是样品中分子量________(填“较大”或“较小”)的蛋白质分子。

　(3)判断纯化的果胶酶是否达到要求，需要进行蛋白质纯度的鉴定。在鉴定的方法中，使用最多的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　6．乙醇等“绿色能源”的开发备受世界关注。利用玉米秸秆生产燃料酒精的大致流程为：

　玉米秸秆 ――→预处理、水解糖液 ――→发酵酒精 (1)玉米秸秆经预处理后，应该选用________酶进行水解，使其转化为发酵所需的葡萄糖。

　(2)从以下哪些微生物中可以提取上述酶？________。

　A．酿制果醋的醋酸菌 B．生长在腐木上的霉菌 C．制作酸奶的乳酸菌 D．生产味精的谷氨酸棒状杆菌 E．反刍动物瘤胃中生存的某些微生物 (3)从微生物体中提取出的酶首先要检测________，以便更好地将酶用于生产实践。在生产糖液的过程中，为了使酶能够被反复利用，可采用________技术。

　(4)发酵阶段需要的菌种是________，在产生酒精时要控制的必要条件是________。

　(5)玉米秸秆还可以通过纤维素分解菌的作用于秸秆还田，增加土壤肥力。用________法鉴别纤维素分解 菌 时 ， 培 养 基 上 的 菌 落 周 围 会 出 现 透 明 圈 ， 其 大 小 能 反 映________________________________________________________________________。

　7．酵母菌是酿酒和食品生产等多个领域中不可或缺的一种微生物，与人们的生产和生活密切相关，请回答下列问题：

　Ⅰ.利用酵母菌发酵生产酒精的原理是________________________(写反应式)，该过程中，影响酵母菌酒精发酵的主要因素有________________________。

　Ⅱ.橘子果实含有芳香油，通常可用________作为材料提取芳香油，而且提取时往往选用新鲜的材料，理由是 ________________________________________________________________________。

　Ⅲ.胡萝卜因含多种营养成分备受人们青睐。请回答下列有关问题：

　(1)胡萝卜组织培养的 MS 培养基与微生物培养基的主要区别是：

　①________________________________________，②前者一般还含有植物激素。

　(2)为了更容易榨取胡萝卜汁，提高澄清度，需要加入________酶。从该酶的高产微生物的发酵液提取此酶时，样品中存在甲、乙、丙、丁、戊五种蛋白质分子，其分子大小、所带电荷的性质和数量情况如下图所示，常用________________法将它们进行分离，其中移动速度最慢的分子是________。

　8．哺乳动物成熟的红细胞，在生命科学研究中有着广泛的应用。请回答下列有关问题：

　(1)从哺乳动物成熟的红细胞中提取血红蛋白时，首先要用相当于红细胞液体体积五倍的________洗涤红细胞，直至________________________，表明红细胞已经洗涤干净。然后用蒸馏水和甲苯使红细胞破裂，释放出血红蛋白。

　(2)得到血红蛋白混合液之后，可先用离心法进行样品的处理及粗分离，再通过____________________法 进 一 步 纯 化 。

　使 用 该 方 法 纯 化 时 ， 首 先 分 离 得 到 大 分 子 蛋 白 质 的 原 因 是__________________________________________________________。

　(3)用凝胶电泳法测定蛋白质分子量时，需要在凝胶中加入 SDS，目的是________________________，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。

　(4)若要分解血红蛋白，需要用到蛋白酶。固定化酶常用________________________________________法，将酶进行固定化的优点是__________________________________________。

　9．我国科学家屠呦呦因发现治疗疟疾的新药物青蒿素而获得 2015 年诺贝尔医学奖。青蒿素是一种无色针状晶体，易溶于有机溶剂，不溶于水，不易挥发，主要从黄花蒿中提取。近年来又发现青蒿素具有较强的抗肿瘤作用，某科研小组按如下步骤进行了相关实验：

　①从黄花蒿中提取青蒿素；②将等量癌细胞分别接种到 4 组培养瓶中，适宜条件下培养 24 h 后除去上清液；③向 4 组培养瓶中分别加入等量含 2、4、8、16 μmol/L 青蒿素的培养液，适宜条件下继续培养；④72 h 后统计并计算各组的细胞增殖抑制率。回答下列问题：

　(1)提取青蒿素时不宜使用水蒸气蒸馏法，原因是________________________________；根据青蒿素________________________________的特点，可采用有机溶剂萃取的方法，萃取前要将黄花蒿茎叶进行________________________________，以提高萃取效率。

　(2)萃取青蒿素的过程应采用________加热；加热时常在加热瓶口安装回流冷凝装置，目的是________________________________。萃取液在浓缩之前需进行________，以除去萃取液中的不溶物。

　(3)科研小组进行上述②～④步骤实验的目的是________。步骤③中需要设置对照组，对照组的处理方法为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

　参考答案

　1．解析：(1)生产果汁时，水果中的果胶对果汁加工带来的影响是：出汁率低(耗时长)、果汁浑浊(黏度高、易沉淀)；在探究果胶酶最适温度、pH 及用量时，检测指标是：测定滤出果汁体积的大小。(2)温度、pH 和表面活性剂都会影响加酶洗衣粉中酶的活性。在探究不同类型加酶洗衣粉的洗涤效果时，除了考虑洗涤效果外，还要考虑衣物的承受能力、洗涤成本等因素。(3)高果糖浆是指富含果糖的糖浆，这种糖可以由葡萄糖在葡萄糖异构酶的催化下转化而来。固定化酶技术与普通直接将酶与葡萄糖溶液混合相比，这样做的优点是：酶与产物容易分离(不影响产品质量)；可以重复利用(降低生产成本)。

　答案：(1)出汁率低(耗时长) 果汁浑浊(黏度高、易沉淀) 测定滤出果汁体积的大小 (2)表面活性剂 衣物的承受能力、洗涤成本 (3)果糖 葡萄糖异构 酶与产物容易分离(不影响产品质量)；可以重复利用(降低生产成本) 2．解析：(1)该实验的目的是筛选微生物 L，因此所用的培养基应该是乳糖作为唯一碳源的培养基，且培养基的基本成分应包括碳源，氮源、水和无机盐，分析表格中的培养基的成分可知，A 培养基缺乏氮源，微生物不能生长；B 没有碳源，微生物应为无法生长，C 不是以乳糖为唯一碳源，牛肉膏也可以作为碳源，因此 A、B、C 不能用于对筛选微生物 L 的培养基。(2)接种微生物常用平板划线法(或稀释涂布平板法)，可将初筛菌液接种在固体培养基上。(3)由于营养物质浓度增高，渗透压也增高，不利于细菌生长，故扩大培养微生物 L 时，不能通过增加营养物质的比例提高种群密度。(4)在乳糖酶提取纯化的过程中，应及时检测酶活力(或酶活性)。将酶固定化后，则有利于酶的回收再利用。(5)由于发酵过程中会产热和产酸，

　据图中曲线可知，J4 菌株在较高温度和酸性环境下酶的活性更高，故 J4 更适合用于发酵。

　答案：(1)A、B、C (2)平板划线(或稀释涂布平板) (3)不可以 营养物质浓度增高，渗透压也增高，不利于细菌生长 (4)酶活力(或酶活性) 回收再利用 (5)J4 发酵过程中会产热和产酸，J4 菌株在较高温度和酸性环境下酶的活性更高 3．解析：(1)微生物的培养需要氮源，从微生物所能利用的氮源种类来看，一部分微生物是不需要利用氨基酸作为氮源的，它们能把尿素、铵盐、硝酸盐、氮气等简单氮源用于合成所需要的一切氨基酸。(2) “滤膜法”的操作思路是：将已知体积的水用滤膜过滤后，将滤膜放在伊红美蓝培养基上培养；稀释涂布平板法和显微镜直接计数法是测定微生物数量常用的两种方法。(3)在固定化细胞实验中，明胶、琼脂糖、海藻酸钠等物质能作为包埋细胞载体的原因是这些物质是不溶于水的多孔性材料，便于细胞的包埋；在工业生产中，细胞的固定化是在严格无菌条件下进行的。(4)加酶洗衣粉中目前常用的四类酶制剂，除纤维素酶外，还有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶；据图分析可知，图中自变量有三种，即洗衣粉的种类、污布的种类及酶用量，故由实验结果不能得出碱性纤维素酶对污布类型 2 的去污力最强，其原因是除污布类型外，洗衣粉类型这一变量也会影响去污力。

　答案：(1)尿素、铵盐、硝酸盐、氮气 (2)将已知体积的水用滤膜过滤后，将滤膜放在伊红美蓝培养基上培养 显微镜直接计数 (3)这些物质是不溶于水的多孔性材料 无菌 (4)蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶 不能 除污布类型外，洗衣粉类型这一变量也会影响去污力(不同类型洗衣粉影响碱性纤维素酶的去污力) 4．解析：(1)图示所用的 “CNFM ＋咔唑”培养基，只允许分解咔唑的微生物生长，具有选择性，属于选择培养基。(2)从三角锥形瓶中准确移取一定体积的液体所用的仪器为移液管。(3)从锥形瓶中取菌液接种，用稀释涂布平板法可使接种细菌逐渐稀释，经适宜条件培养，可能形成单个、独立的菌落；再利用含咔唑的固体培养基进行二次筛选，可以获得高效降解咔唑的微生物。(4)在相同、适宜环境中进行多瓶培养操作，瓶中咔唑的剩余量可以初步反应筛选的微生物对咔唑的降解能力，剩余咔唑量最低的锥形瓶中，筛选的微生物的降解能力最高。(5)菌落特征是细菌分类的依据之一，所以可以通过观察菌落特征鉴定或区分不同的菌种，如颜色、大小、干湿、气味、表面情况等。(6)①由于细菌无法在含青霉素的培养基中生长，所以图 1 中的菌落 3、4 为细菌。②图 2 中出现新菌落 5 的原因可能是绒布未灭菌、或被抗青霉素细菌污染、或培养基灭菌不彻底。

　答案：(1)选择 (2)移液管 (3)稀释涂布平板法 筛选出高效降解咔唑的微生物 (4)含咔唑浓度最低的 (5)菌落的大小、形状、颜色和表面情况等 (6)①3、4 细菌无法在含青霉素的培养基中生长 ②绒布未灭菌、被抗青霉素细菌污染、培养基灭菌不彻底 5．解析：(1)制作果汁时可以加入果胶酶将果胶分解成可溶性的半乳糖醛酸，从而提高果汁的出汁率和澄清度。果胶酶适合采用化学结合法或物理吸附法将果胶酶固定在某种介质上；固定化酶一般不采用包埋法，原因是酶分子较小，易从包埋材料中漏出。(2)选择培养的目的是增加产果胶酶的微生物的浓度(或“抑制其他微生物的繁殖，促进目的菌的生长繁殖”)；纯化分离蛋白质，可以采用凝胶色谱法，将样品加入凝胶色谱法中进行洗脱、收集，由于分子量较大的蛋白质不能进入凝胶内部，所以路程短，速度快，最先洗脱出来。(3)蛋白质纯度的鉴定使用最多的是 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。

　答案：(1)半乳糖醛酸 化学结合法 酶分子较小，易从包埋材料中漏出 (2)增加产果胶酶的微生物的浓度(或“抑制其他微生物的繁殖，促进目的菌的生长繁殖”) 凝胶色谱柱 较大 (3)SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳 6．解析：(1)用植物秸秆生产酒精是利用微生物进行发酵的过程，植物秸秆中的有机物主要是纤维素，需要纤维素酶才能将其水解成葡萄糖。(2)生长在腐木上的霉菌及反刍动物瘤胃中生存的某些微生物中含有纤维素酶，可以分解纤维素，B、E 正确。(3)从纤维素分解菌中提取纤维素酶需要做产纤维素酶发酵葡萄糖的实验进行酶活性的检测，为了使酶能够被反复利用，可采用固定化酶技术。(4)发酵阶段需要的菌种是酵母菌，生产酒精时要控制的必要条件是无氧(密封、密闭)。(5)用刚果红染色法鉴别纤维素分解菌时，培养基上的菌落周围会出现透明圈，其大小能反映纤维素分解菌的分解能力。

　答案：(1)纤维素 (2)B、E (3)酶的活力(活性) 固定化酶 (4)酵母菌 无氧(密闭、密封) (5)刚果红染色 纤维素分解菌的分解能力 7．解析：Ⅰ.利用酵母菌发酵生产酒精的原理是酵母菌进行无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳，其反应式为 C 6 H 12 O 6 ――→酶2C 2 H 5 OH(酒精)＋2CO 2 ＋能量；在该过程中，影响酵母菌发酵的主要因素是氧气浓度、温度、pH 等。

　Ⅱ.橘子果实含有的芳香油主要贮藏在橘皮部分，因此通常可用橘子皮作为材料提取芳香油。新鲜的橘子皮中芳香油含量高，所以提取时往往选用新鲜的材料。

　Ⅲ.(1)胡萝卜组织培养的 MS 培养基与微生物培养基的主要区别是：前者含大量无机营养成分，后者以有机营养成分为主；前者一般还含有植物激素。(2)果胶酶能分解果胶，提高果汁的澄清度和出汁率，所

　以为了更容易榨取胡萝卜汁，提高澄清度，需要加入果胶酶。分离相对分子质量不同的蛋白质常用凝胶色谱法。用凝胶色谱柱分离相对分子质量不同的蛋白质时，相对分子量小的蛋白质移动较慢，图示中甲的分子量最小，所以甲移动速度最慢。

　答案：Ⅰ.C 6 H 12 O 6 ――→酶2C 2 H 5 OH(酒精)＋2CO 2 ＋能量 氧气、温度、pH 等 Ⅱ.橘子皮 芳香油含量高 Ⅲ.(1)①前者含大量无机营养成分，后者以有机营养成分为主 (2)果胶 凝胶色谱 甲 8．解析：(1)从哺乳动物成熟的红细胞中提取血红蛋白时，首先要用相当于红细胞液体体积五倍的生理盐水洗涤红细胞 3 次，直至上清液不再呈现黄色，然后用蒸馏水和甲苯使红细胞破裂，释放出血红蛋白。(2)得到血红蛋白混合液之后，可先用离心法进行样品处理及粗分离，再通过凝胶色谱法进一步纯化。凝胶色谱法的原理：分子量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快；分子量小的分子穿过多孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢，因此先从色谱柱洗脱出来的是大分子蛋白质。(3)用凝胶电泳法测定蛋白质分子量时，需要在凝胶中加入 SDS，目的是消除净电荷对迁移率的影响(或掩盖不同种蛋白间的电荷差别)，使电泳迁移率完全取决于分子的大小。(4)固定化酶常用化学结合或物理吸附法，将酶进行固定化的优点是方便回收和重复利用。

　答案：(1)生理盐水 上清液不再呈现黄色 (2)凝胶色谱 相对分子量较大的蛋白质不能进入凝胶内部的通道，移动速度较快 (3)掩盖不同蛋白质间的电荷差别 (4)化学结合或物理吸附 方便回收和重复利用 9．解析：(1)由于水蒸气蒸馏法适用于蒸馏挥发性物质，而青蒿素不易挥发，所以提取青蒿素时不宜使用水蒸气蒸馏法。根据青蒿素有易溶于有机溶剂的特点，可采用有机溶剂萃取的方法。为了提高萃取效率，萃取前要将黄花蒿茎叶进行粉碎和干燥。(2)萃取青蒿素的过程应采用水浴加热，以保证青蒿素受热均匀；加热时常在加热瓶口安装回流冷凝装置，目的是防止有机溶剂挥发。萃取液在浓缩之前需进行过滤，以除去萃取液中的不溶物。(3)设置不同浓度的青蒿素溶液加入癌细胞培养液中，统计癌细胞的增殖速率，说明该实验的目的是探究不同浓度的青蒿素对细胞增殖的影响或者探究青蒿素的浓度与细胞增殖抑制率的关系。步骤③中需要设置一组空白对照组，处理方法是在另一培养皿中加入等量的不含青蒿素的培养液，在相同且适宜条件下继续培养。

　答案：(1)青蒿素不易挥发，不能随水蒸气蒸馏出来(或水蒸气蒸馏法适用于蒸馏挥发性物质，而青蒿素不易挥发) 易溶于有机溶剂 粉碎和干燥 (2)水浴 防止有机溶剂挥发 过滤 (3)探究青蒿素的浓度与细胞增殖抑制率的关系 在另一培养瓶中加入等量的不含青蒿素的培养液，在相同且适宜条件下继续培养